等待条件的空循环（忙等待）

Question

我刚刚花了20分钟时间研究只是为了等待条件变为真的空循环。

我有一个名为"waitForLoaded"的函数，它是由CreateThread创建的线程。

这个函数：

void waitForLoaded(){
    while(!isLoaded){
        Sleep(500); // < my question
    }
    Sleep(500); //sleep another 500ms to ensure everything is loaded.
    //continue on here
}

我正在使用Sleep(500)来减轻CPU负担，因为我认为使用0或1会耗尽处理器。

我在许多人的代码中看到了"Sleep(0)"的使用，但我从未理解为什么不完全不休眠，而是使用"while(condition){}.."。

我找不到任何关于哪个更加CPU友好的确定答案，所以我在这里问大家，使用0ms、1ms或500ms的忙等待有什么区别，哪个更加CPU友好。

在我看来，最好进行至少半个睡眠，对用户几乎不可察觉。

- Thomas White

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“你个人会怎么做”是一个基于个人观点的问题，这并不是本网站的主要目的。 - Drew Dormann

@DrewDormann，你说得完全正确，我应该问为什么一个比另一个更好。我会改变我的问题。 - Thomas White

sleep(0) 至少会导致线程重新调度。它并不等同于“根本没有睡眠”。你睡多久由你决定。你代码中的最后一个睡眠是无意义的。 - user207421

如果你的应用程序是单线程的，调用waitForLoaded将会永远冻结你的应用程序！ - Maher

实际上，@EJP，这是必需的，信不信由你，因为设置“isLoaded”的函数并不完全准确，因为您需要考虑系统延迟。最终版本需要在末尾进行500毫秒的休眠，因为一些用户在没有它的情况下遇到了问题。感谢您的建议。 - Thomas White

@Maher 当然它不是单线程的，如果应用程序冻结，我就不会以同样的方式提出问题了...谢谢您的回答。 - Thomas White

Answer 1

在Windows系统中，Sleep(0)并不会花费任何时间来睡眠，但它允许操作系统将CPU控制权交给其他等待的线程。这有点像说：“如果有人在排队等待，请让他们先走，否则我想立即执行。”

- zdan

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非常好的答案，解释得非常清楚易懂，对我非常有帮助。感谢回答我的问题。我从未确切知道“线程重新调度”是什么意思。 - Thomas White

Answer 2

一个简单的同步原语，比如事件或类似的东西，会消耗更少的CPU资源，而且你的线程希望能够尽快开始工作，而不是等待最坏情况下的500毫秒。

- Amit

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我之前听说过“同步原语”，但从未深入了解其含义。我会进行研究，谢谢。 - Thomas White

Answer 3

如果我理解你的问题，你正在询问这些等待方法中哪一个更好：

• sleep(500)
• sleep(1)
• sleep(0)
• // (do nothing)

如果你有时间可以承受 sleep(500)，那么答案是 "sleep(500)"。

- Drew Dormann

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我也喜欢你的回答，我认为尽可能地让CPU休息是有意义的，因此要睡眠。我需要更好地了解“线程重新调度”，以便完全理解其他人谈论的使用Sleep（0）的好处。谢谢。 - Thomas White

Answer 4

首先，您需要研究您的问题。

• 您是否需要忙等待？
• 您能否使用调度程序？
• 您能否检测到数据可用或操作完成的确切时刻？

我建议您尝试不同的方法，如事件文件描述符或条件变量。

条件变量方法：

boost::mutex::scoped_lock lock(m_mutex);
while(queue.empty() && !m_quit) {
    m_condition.wait(lock);
}    

事件文件描述符方法

m_loopFD = eventfd(0,EFD_CLOEXEC|EFD_NONBLOCK);
if(m_loopFD < 0) {
    close(m_epollFD);
    throw ...
}
struct epoll_event event;
memset(&event, 0, sizeof(struct epoll_event));
event.data.fd = m_loopFD;
event.events = EPOLLIN;
if(epoll_ctl(m_epollFD, EPOLL_CTL_ADD, m_loopFD, &event) != 0) {
    throw ...
}

稍后你可能会有类似这样的东西

int res = epoll_wait(m_epollFD, events, MAX_EVENTS, timeout);

并将其唤醒：

uint64_t value = 0x01;
write(m_loopFD, &value, sizeof(value));

- Jose Palma

Answer 5

忙等待基本上与必须计算某些内容以仅浪费时间的代码相关。如果需要等待相当长的时间，则Sleep会使用操作系统调度程序，这意味着对于小于调度程序时间量的时间段（Windows操作系统约为15ms），它不稳定。

例如，在自旋锁的情况下，这是不可接受的。

我能够得到的最简单的代码是：

#include <cstdlib>

inline void noop_by_rand(int num)
{
    while (num--) rand();
}

优点:

• 它是一个内置函数，计算时间固定，小于操作系统调度器时间量。
• 可以轻松地在更长的时间上进行扩展。
• 编译器优化不能避免调用或减少代码，因为外部函数。
• 依赖于CPU性能而不是时间，这意味着它随着CPU性能的提高而扩展。

缺点:

• 无法避免操作系统调度程序。如果繁忙等待时间太长，则操作系统调度程序将处理线程以进行调度，这意味着它可能会失去比请求的时间更多的时间。

- Andry